系统药理学研究方法在中药不良反应研究中的应用进展Δ

王琳珊，靳会欣，董占军（河北省人民医院药学部，石家庄050051）

系统药理学研究方法在中药不良反应研究中的应用进展Δ

王琳珊＊，靳会欣，董占军#（河北省人民医院药学部，石家庄050051）

目的：为中药不良反应的研究提供参考。方法：查阅近年来国内外相关文献，对中药不良反应的研究特点和系统药理学研究方法在中药不良反应研究中的应用进行综述。结果：中药不良反应的发生机制复杂，具有系统性的研究特点。系统药理学可通过药物的药动学特征（ADME/T）筛选出药物活性成分后，预测药物的靶点和可能存在的毒副作用及机制，最后利用网络药理学方法构建揭示“药物-靶点-基因-疾病”相互作用关系的网络拓扑图，从而系统地研究药物对机体的作用和不良反应发生的机制。结论：系统药理学的研究方法可系统地研究中药不良反应的发生及预防机制，为提高中药的安全性和有效性提供技术支持。

系统药理学；网络药理学；中药；不良反应

中药的不良反应是指中药在中医辨证施治理论指导下应用于临床所引起的与治疗无关的或意外的有害反应[1]。近年来，国内外关于中药不良反应的报道逐渐增多，中药安全性问题逐渐引起了人们的重视[2]。目前，常用中药有数千种，而经过系统的化学及药理学研究的仅有300余种[3]。中药及其复方制剂成分复杂，因此，对于中药的药效物质基础和作用机制的了解十分有限，对其导致的不良反应认识更是不足。近年来，生物信息学和计算机技术的发展促进了各学科组学技术的应用。系统药理学能发掘药物的有效成分和作用靶点，研究不同系统水平上药物与机体的作用机制，为中药的研究提供了有效的技术手段和思路[4-6]。本文通过查阅近年来国内外相关文献，分析了中药不良反应研究的特点，介绍了系统药理学在筛选中药毒性成分和阐释不良反应发生机制中的应用，以期为降低中药不良反应的研究提供参考。

1 中药不良反应的系统性特点及研究思路

1.1 中药不良反应的系统性特点

中药自身的特点决定了其不良反应研究的特殊性。相较于化学药而言，中药具有多成分综合作用的系统性特点。传统的研究方法在研究多成分之间的相关性时受到了限制，违背了中医药“整体治疗和协同治疗”的特点。因此，单一的研究方法已不能满足对于中药复杂体系的研究，需要能将各水平组学数据进行关联的系统研究方法，以此来阐明中药多成分、多疗效的作用机制[7]。

1.2 中药不良反应的研究思路

中药与化学药都是通过作用于生物体中的靶点来平衡机体生物网络。找到一个能从多水平揭示中药的复杂物质基础和作用机制的现代药学研究方法是非常重要的。系统药理学的出现，为此带来了新的研究思路和方法[8]。2013年，Yao Y等[9]利用系统药理学以麻黄汤为例对中药的配伍机制进行了探索，发现了君药通过作用于主要靶点来起主导作用；臣药作用的靶点与君药相同，因此可以增强君药的作用，并减少君药的用量；君、臣药的生物利用度通过佐、使药来提高。系统药理学的研究思路正符合了中药及其复方制剂作用于人体时所表现出来的整体性和协同性等特点[10-11]。

系统药理学的研究思路是通过药物的药动学特征（ADME/T），即机体对药物的吸收（Absorption）、分布（Distribution）、代谢（Metabolism）、排泄（Excretion）过程和药物的毒性（Toxicity）筛选有效成分，挖掘文本、预测药物靶点，并利用网络药理学方法构建“成分-靶点蛋白-疾病”之间关系的网络，之后通过相关靶点所在生物信号通路的分析，最终预测药物的机制和可能存在的毒副作用。以中药“十八反”中的“甘草反甘遂”为例，通过ADME/T筛选甘草和甘遂的入血成分，再进行药物成分的靶点预测，同时收集毒性反应相关蛋白，构建这2味中药相关成分的化合物、蛋白与基因之间的各系统网络，最后通过网络分析推测“相反”的作用机制[12]。

2 中药系统药理学的研究方法

中药系统药理学采用系统药理学技术，不仅可以预测复杂中药成分中能够跨越机体屏障的活性分子，还能建立药效分子与疾病网络的关系，从而建立系统水平的中药药效学和中医药基础理论。同时，还可以拓宽到包括气血、性味、归经等基础理论研究，为中药药方优化、新药开发以及中药不良反应的预防提供支撑[6，13]。

2.1 药物的ADME/T预测

中药主要以口服和外用药为主，药效成分首先要克服机体ADME/T屏障，之后才能和靶点相结合，其活性小分子及其代谢产物在不同的层次上和机体发生相互作用，其中包括药品不良反应[7]。明确中药成分在人体内的ADME/T过程是中药作用机制研究的前提[11，14]。影响药物ADME/T参数的因素有很多，由于中药成分复杂，通过试验方法对其ADME/T性质进行评估过程缓慢。基于现阶段ADME/T大量研究数据的积累，借助生物信息学工具来研究药物的口服利用度（Oral bioavailability，OB）和血脑屏障（Blood brain barrier，BBB）等ADME/T特性，可以迅速地筛选出机体内的有效成分。

2.2 化合物-靶点相互作用预测

中药的复杂成分在机体生命活动中有着复杂的相互关系，传统的试验方法耗时长、处理成本高、试验成功率低，因此可利用一些新型的计算方法，包括基于文本挖掘的虚拟筛选的方法和基于化学基因组学预测的方法。文本挖掘的方法是从文献资源中提取化合物、蛋白质和基因三者之间的相互联系，以此来推断药物与靶标关系，但由于化合物、蛋白和基因名称有时不统一，因此准确度有待提高。而基于化学基因组的方法是通过靶点-配体结合特异性来预测靶标的方法[15]。2015年，叶蕾[6]采用系统药理学方法对四君子汤进行活性成分的筛选和靶点的预测，构建了“分子-靶点-疾病”网络图，为四君子汤作用机制的深入研究提供了精确的靶点。

2.3 网络药理学

继ADME/T筛选出中药活性成分后，可通过预测得到药物的靶点，利用网络药理学方法构建揭示“药物-靶点-基因-疾病”相互作用关系的网络拓扑图，从而形成一个完整的系统药理学研究体系。

网络药理学是从生物系统和网络的角度，对机体应答药物的过程进行网络分析，在网络数据库查找、计算机虚拟计算以及高通量组学数据分析的基础上构建生物信息网络并进行网络拓扑分析的科学研究方法[16-17]。网络药理学通过数据库、文献和高通量组学技术，以及计算生物学的方法获得药物综合效用中“药物-靶点-疾病”关系的数据[18]。2006年，周明眉等[19]从系统生物学的角度出发，整体、动态地评价了含马兜铃酸中药的肾毒性；2010年，Zhao S等[20]提出了基于网络的药物靶点预测算法（drug CIPHER）方法，该方法可预测药物的靶标谱，利用靶标谱的聚类特征可以发现药物的副作用。

2.4 中药系统药理学的数据库和分析工具

随着越来越多中药研究的开展，现阶段已积累了大量宝贵数据。网络数据库和网络分析平台整合了现有的数据和高效的分析方法，极大地推动了中药的研究工作。同时，可视化工具使复杂的研究数据更为直观，也更便于研究者获取关键信息[21]。

中医药资源库（TCM Database@Taiwan）[22]是最早的一个中药成分数据库，能够用于计算机辅助药物设计工作。TCMID（Traditional Chinese Medicines Integrated Database）[23]是目前较为完善的一个中药综合数据库，收集了较全面的中药及其成分、靶点、疾病的信息，为中药的作用机制研究提供较为全面的基础数据。中药信息数据库（Traditional Chinese Medicine Information Database，TCM-ID）将中药信息连接起来，包括每味中药的功能、临床表现，用法用量等应用信息。药物组合数据库（Drug Combination Database，DCD）不仅可搜索药物的结构、不良反应等信息，还可获得预测的靶点信息。蛋白靶点数据库（Herb Ingredients’Targets，HIT）用于鉴定中药成分的生物靶点。此外，还有通过分子结构比较来寻找未知小分子靶点的ScaffoldHunter，ChEMBL和BindingDB 等工具[11，15]。

2014年，Ru J等[24]发表文章建立了一个包含了药物化学、药动学、靶点预测、相关疾病等信息的中药系统药理学数据库和分析平台（Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform，TCMSP）。通过该平台还可获得药物-靶标网络和靶点-疾病网络。该数据库和分析平台功能全面，为探索“中药-疾病”作用机制的研究工作提供了全面的信息，提高了工作效率[24]。

此外，还有越来越多专门用于网络毒理学研究的相关数据库，有比较毒物遗传学数据库（Comparative Toxicogenomics Database，CTD）[12]，为全世界研究人员提供了不同类型分子和不同生物体的毒理学数据；化合物毒性相关数据库（TOXNET），记录了1900年至今的大量有关药物毒理效应的文献；化学物质毒性数据库（Registry of Toxic Effects of Chemical Substances，RTECS）记录了大量化合物的毒性信息，包括遗传毒性、急性毒性、致癌性、生殖毒性等信息；此外，可用于预测外源物质的致突变性、致癌性、敏感性、刺激性等的毒性预测工具主要有TOPKAT、Hazard Expert、DEREK、M-CASE 和 ToxSYS等[25]。

此外，一些可视化及分析工具可以将难以分析的“多成分-多靶点”的网络关系表变成直观的网络图，以便于获得最为关键的信息。目前，Cytoscape、GUESS、Pajek等软件应用较广泛[26]。

3 系统药理学在中药不良反应研究中的应用

3.1 筛选毒性成分和靶点，优化复方

通过化合物结构的相似性建立“毒性化合物-化合物”的网络，可用于中药毒性成分的筛选。与已知毒性化合物结构相似或处于同一子簇的中药成分可能就是该药材潜在的毒性成分。例如，林明宝[27]利用构建的中药致敏原网络模型，对可疑致敏成分进行探查，同时构建中药注射剂成分过敏反应网络，发现β-谷甾醇、绿原酸、棕榈酸等为中药注射剂潜在致敏原的可疑程度最高。研究结果提示有必要对上述化合物的潜在致敏性进行评价。

同时，系统药理学的原理和方法还被应用在发现有毒中药的潜在靶标。吴磊宏等[28]在预测了附子所含化学成分的作用靶点后，构建了其“成分-靶点”网络。研究结果得到附子中22个化学成分的多个作用靶点，并得到文献数据印证，说明此方法可用于发现某些有毒中药中毒性成分的潜在靶标。

此外，在获取疾病相关靶标后，还可反向筛选药物有效成分，结合网络和系统分析预测新复方，为中药复方优化和新药开发提供支撑。李鹏[29]对心血管疾病相关药物和靶点进行网络整合，筛选中药中潜在的药效分子，之后选择与目标通路相关的药物，建立新复方，并通过试验进一步验证其疗效。

3.2 阐述有毒中药或方剂的致毒机制

中医古籍中记载了许多有关有毒中药方面的理论知识和临床应用经验，逐渐形成了中药毒性理论，但关于其致毒机制尚未诠释清楚。而解释这种复杂毒性机制正是系统药理学的优势所在。利用相关数据库和文献，针对重要的毒性靶器官，可筛选到中药、蛋白、基因、毒性反应等相关信息，基于这些信息构建“有毒中药-靶点”网络，利用构建的网络可系统地分析有毒中药的可能致毒机制[12]。李彦文等[30]通过网络药理学方法，以附子和四逆汤为例对中药配伍减毒机制进行研究，推测四逆汤配伍环境下，甘草、干姜对生附子的减毒作用可能与共享靶标基因或关联基因有关。王永华等[11]将利用化学基因组和毒物组学数据建立的“毒物-靶点”相互作用预测模型成功地用在了心脏毒物的评价和毒性机制的研究中。

3.3 诠释中药配伍禁忌和中药、化学药不合理联用机制

网络药理学为研究“十八反”和“十九畏”等传统中医配伍禁忌理论提供了新的思路。比如，通过网络数据库、实验研究和计算预测等方法搜集由于配伍禁忌引发的毒性反应的相关靶点蛋白和基因，构建其中相反药对相关成分的“化合物-蛋白-基因”网络，最终利用此网络推测致毒机制[12]。刘洪等[31]针对甘遂和甘草的主要药效/毒性成分，根据Pharm Mapper数据库构建“多成分-蛋白”网络，再对相关靶点进行通路分析，最后通过Cytoscape软件构建“成分-靶点-通路”网络。结果表明，甘遂与甘草配伍的药效/毒性机制涉及“神经-免疫-内分泌-泌尿系统”等通路，在调节水和电解质排泄方面药效相反，在抗肿瘤、抗炎、调节免疫方面发挥协同作用；两者配伍存在基于肝药酶代谢的毒性增强现象。该研究为深入探讨甘遂、甘草配伍的分子作用机制提供了参考。

同样，不合理的中药和化学药配伍也会造成不良反应与配伍禁忌。中药、化学药的不合理联用可产生药物的拮抗或协同作用，使药物吸收减少、排泄增加、代谢加快或生成毒性物质等，最终导致药物的疗效降低与毒副作用增加[32]。通过上述的中药系统药理学研究思路对中药、化学药联合使用产生毒副作用的原因可以进行科学的解释。

4 结语

中药是我国人民长期与疾病斗争的经验总结，为全人类的健康做出了巨大贡献，但同时中药不良反应的问题也不容忽视。中药不良反应的发生机制复杂，具有系统性的研究特点。系统药理学通过药物活性成分的筛选，药物靶点的预测和“药物-靶点-基因-疾病”作用关系网络的构建可全面系统地研究中药对机体的作用机制和不良反应的发生机制。系统药理学的研究思路和方法应用于中药不良反应的研究中，终将提高中药用药的安全性和有效性，同时必将推进中药现代化的进程。

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R285

A

1001-0408（2017）35-5033-04

DOI10.6039/j.issn.1001-0408.2017.35.37

河北省医学科学研究重点课题计划（No.20170352）

＊药师，博士。研究方向：药物基因组学。电话：0311-85988640。E-mail：wanglinshanwls@163.com

#通信作者：主任药师，硕士。研究方向：临床药理学。电话：0311-85988604。E-mail：13313213656@126.com

2017-01-12

2017-08-18）

（编辑：晏 妮）